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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems für ein Fahrzeug. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Radarsystem für das Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Radarsysteme u.a. bei Fahrzeugen eingesetzt werden, um eine Umgebung des Fahrzeuges zu überwachen. Solche Radarsysteme können mindestens einen Radarsensor am Fahrzeug jeweils mit wenigstens einer Sende- und Empfangsantenne aufweisen. Die Radarsensoren ermöglichen eine Detektion von Zielobjekten in der Umgebung des Fahrzeuges. Um Parameter der erfassten Zielobjekte zu ermitteln, wie z. B. eine Entfernung, eine Relativgeschwindigkeit oder eine Richtung des Zielobjekts in Bezug auf das Fahrzeug, kann eine umfangreiche Signalverarbeitung durchgeführt werden. Dennoch ist die Rechenleistung der eingesetzten Hardware zur Signalverarbeitung oft eingeschränkt, sodass die Rechenkomplexität der Signalverarbeitung reduziert werden muss. Darüber hinaus kann es aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Radarsystemen im Straßenverkehr häufiger zu gegenseitigen Störungen der Radarsensoren verschiedener Fahrzeuge kommen. Diese Störungen, wie Interferenzen, können die Funktionsfähigkeit der Radarsysteme maßgeblich beeinträchtigen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zum Betreiben eines Radarsystems vorzuschlagen, bei welcher vorzugsweise interferenzbedingte Störungen reduziert werden können.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Radarsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radarsystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems für ein Fahrzeug, um wenigstens ein Zielobjekt in einer Umgebung des Fahrzeuges zu detektieren. Das Fahrzeug kann dabei bspw. als ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug ausgebildet sein. Dieses kann ein Fahrerassistenzsystem aufweisen, in welches das Radarsystem funktional eingebunden ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:
- - Bereitstellen eines ersten Sendesignals, eines zweiten Sendesignals und wenigstens eines dritten Sendesignals und ggf. weiterer Sendesignale,
- - Aussenden der bereitgestellten Sendesignale, also des ersten, zweiten, dritten und ggf. der weiteren Sendesignale.
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Die Sendesignale können bei dem Aussenden nacheinander über (wenigstens oder genau) eine Sendeantenne des Radarsystems ausgesendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Sendesignale jeweils mit zeitlich beabstandeten Teilsignalen ausgesendet werden. Diese Abstände der Teilsignale können sich für unterschiedliche Sendesignale unterscheiden. In anderen Worten können die Teilsignale des ersten Sendesignals andere Abstände zueinander haben als die Teilsignale des zweiten und des dritten Sendesignals und jeweils umgekehrt. Damit kann es vorgesehen sein, dass sich die Sendesignale hinsichtlich der Abstände der Teilsignale voneinander unterscheiden. Hingegen können die Teilsignale nur eines der Sendesignale (z. B. des ersten Sendesignals) einen festen Abstand, also immer den gleichen Abstand, haben. Jeder Abstand unterschiedlicher Sendesignale kann dabei nur einmal vorkommen, also sich jeder Abstand von jedem anderen unterscheiden.
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Erfindungsgemäß kann der Vorteil erzielt werden, dass Störungen beim Radarsystem, konkret durch Interferenzen von Radarsignalen unterschiedlicher Radarsysteme verursachte Störsignale, zuverlässigerer reduziert werden können. Eine Interferenz kann auftreten, wenn zwei Radarsysteme zum gleichen Zeitpunkt im gleichen Frequenzbereich senden (in räumlicher Nähe zueinander). Das Störsignal tritt bei einer Erfassungsinformation des Radarsystems im Zeitbereich als Peak (Spitzenwert) auf und führt zu einer Anhebung des Spektrums im Frequenzbereich. Da das Störsignal die gleiche Steigung besitzt wie das Nutzsignal des Radarsystems, kann die Störung im Zeitbereich als Sinusschwingung auftreten. Die Frequenz dieser Schwingung führt zu einem Peak im Spektrum, der sich von echten Zielen kaum unterscheidet. Die Detektion dieser Störung ist dann sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich sehr problematisch. Daher basiert die Erfindung auf der Überlegung, dass eine Überlagerung der Radarsignale (also Sende- und Empfangssignale) unterschiedlicher Radarsysteme mit komplett identischer Modulation vermieden werden sollte. Daher kann die Diversität zwischen den Radarsignalen, welche das Radarsystem nutzt, erhöht werden. Vorteilhafterweise kann es dabei vorgesehen sein, dass die Anzahl der Teilsignale (insbesondere Chirps) und/oder die maximale Dauer der Teilsignal-Sequenz und/oder die belegte Bandbreite nicht verändert wird. Konkret können hierzu Sendesignale mit unterschiedlichen Teilsignal-Abständen (Chirp-Chirp-Abständen) genutzt werden, sodass die unterschiedlichen Teilsignal-Abstände alternierend ausgegeben werden.
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Erfindungsgemäß kann es somit vorgesehen sein, dass die Anzahl der Variationen der Teilsignal-Abstände erhöht wird. Damit ist es möglich, die Auftrittswahrscheinlichkeit einer Überlagerung von Teilsignalen bzw. Chirps mit exakt identischer Modulation zu reduzieren.
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Auch ist es optional denkbar, dass die Teilsignale jeweils als frequenzmodulierte Rampen, insbesondere als Chirps, ausgeführt sind. Somit kann jedes Teilsignal eine modulierte Frequenz aufweisen. Dies kann bei der Signalverarbeitung des Radarsystems genutzt werden, um eine Entfernung (des Radarsystems bzw. Fahrzeuges) zum Zielobjekt festzustellen. Daneben ermöglicht die sequenzielle Aussendung der Teilsignale bei jedem der Sendesignale eine Relativgeschwindigkeit (des Radarsystems bzw. Fahrzeuges) zum Zielobjekt zu ermitteln.
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Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass nach dem Aussenden der Sendesignale der nachfolgende Schritt durchgeführt wird, insbesondere durch eine Verarbeitungsvorrichtung:
- - Empfangen von Empfangssignalen, welche für die an dem Zielobjekt reflektierten und durch eine Laufzeit verzögerten Sendesignale spezifisch sind, um anhand der Empfangssignale das wenigstens eine Zielobjekt zu detektieren.
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Optional kann es vorgesehen sein, dass nach dem Empfangen der Empfangssignale (im Rahmen der Signalverarbeitung des Radarsystems) jeweils eine Verarbeitung der Empfangssignale erfolgt, um die Detektion des Zielobjekts durchzuführen. Ferner ist es optional vorgesehen, dass wenigstens eine Frequenzanalyse des jeweiligen Empfangssignals durchgeführt wird, um eine Entfernung und/oder eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Richtung des Zielobjekts zu ermitteln.
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Zur Detektion des wenigstens einen Zielobjekts können durch das Radarsystem zunächst die Sendesignale s1(t), s2(t), s3(t), s4(t) usw., zusammengefasst kurz s(t), über wenigstens oder genau eine Sendeantenne ausgesendet werden. Das einzelne Sendesignal s(t) kann jeweils die Teilsignale, z. B. mehrere sequenziell ausgegebene Rampen (auch als Chirps bezeichnet), umfassen.
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Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Teilsignale jeweils frequenzmoduliert sind. Die Chirps können somit jeweils frequenzmoduliert sein und entsprechend eine variierende Frequenz aufweisen. Hierbei kommt bspw. eine lineare Frequenzmodulation zum Einsatz, bei welcher bei einem jeweiligen Chirp sich die Frequenz linear innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite verändert. Die an wenigstens einem Zielobjekt reflektierten und durch eine Signallaufzeit verzögerten Sendesignale s(t) können dann durch wenigstens eine Empfangsantenne des Radarsystems als Empfangssignale e(t) erfasst werden. Aus der Mischung der jeweiligen Sendesignale s(t) und des jeweils zugehörigen Empfangssignals e(t) erhält man das Basisbandsignal b(t), mit der Frequenz fb=fs-fe. Hierbei ist fs die Frequenz des entsprechenden Sendesignals s(t) und fe die Frequenz des entsprechenden Empfangssignals e(t). Die Frequenz fb ist abhängig von der Signallaufzeit τ und damit von der Entfernung R des Zielobjektes.
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Um die Detektion des wenigstens einen Zielobjekts durchzuführen, kann anhand des jeweiligen Empfangssignals e(t), und insbesondere anhand des Basisbandsignals b(t), eine Erfassungsinformation bestimmt werden. Bspw. resultiert die Erfassungsinformation aus dem digitalisierten Basisbandsignal b(t) oder aus einer Frequenzanalyse des Basisbandsignals b(t). Entsprechend kann es sich bei der Erfassungsinformation um eine digitale Information handeln, also um Datenwerte. Wenn bei einem der Sendesignale N Chirps ausgegeben werden, dann beträgt die Zeitdauer eines jeweiligen Chirps T1/N. Nach der Zeitdauer T1 kann innerhalb der Zeitdauer T2-T1 die Verarbeitung des jeweiligen Empfangssignals, also auch der Erfassungsinformation, erfolgen. Der gesamte Messzyklus für eines der Sendesignale hat somit eine Zeitdauer T2, sodass nach der Zeitdauer T2 das Aussenden des nächsten Sendesignals s(t) erfolgen kann. T2 kann für sämtliche Sendesignale s(t) fest sein, oder es können die Zeitdauern T1 und/oder T2 auch variieren. Die unterschiedlichen Sendesignale s1 (t), s2(t), s3() usw. können sich hinsichtlich der Abstände zwischen den Chirps unterscheiden.
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Während der Zeitdauer T1 können die einzelnen Werte des jeweiligen Empfangssignals e(t) erfasst werden, sodass aus den erfassten Werten und ggf. einer Vorverarbeitung (wie einer Abwärtsmischung und/oder einer Analog-Digital-Wandlung und/oder einer Fouriertransformation) die Erfassungsinformation gebildet wird. Die erfassten Werte können als eine Matrix aufgefasst werden, bei welcher bis zum Ende der Zeitdauer T1 die Werte zeitlich nacheinander in einer MxN-Matrix mit M Samples pro Chirp und N Chirps in zweidimensionaler Weise eingespeichert werden. Die Erfassungsinformation kann dieser zweidimensionalen Ausbildung entsprechen. Eine erste der Dimensionen kann für eine Entfernung zum Zielobjekt, die andere (zweite) der Dimensionen für die Doppler-Frequenz und somit für die Relativgeschwindigkeit zum Zielobjekt spezifisch sein. Anhand dieser Matrix kann anschließend durch wenigstens eine Fouriertransformation der Matrix wenigstens ein Spektrum ermittelt werden, aus welchem sich die Relativgeschwindigkeit und/oder die Entfernung des wenigstens einen Zielobjekts in der Umgebung des Fahrzeuges bestimmen lassen. Konkret kann aus einer (z. B. spaltenweisen) ersten Fouriertransformation der Matrix in Richtung der ersten Dimension (spaltenweise) ein Spektrum ermittelt werden, welches erneut als zweidimensionale Matrix zusammengesetzt wird, und aus welchem sich die Entfernung ermitteln lässt. Aus einer (zeilenweisen) zweiten Fouriertransformation in Richtung der zweiten Dimension des Spektrums kann sodann auch die Relativgeschwindigkeit ermittelt werden. Falls mehrere Empfangsantennen zum Einsatz kommen, kann auch eine dritte Dimension für die Empfangssignale e(t) der verschiedenen Empfangsantennen verwendet werden. Eine dritte Fouriertransformation in Richtung dieser dritten Dimension kann zur Bestimmung eines Einfallswinkels und damit der Richtung des Zielobjekts dienen.
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Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass für gleiche Sendesignale (also mit gleichen Indizes, z. B. die wiederholt ausgesendeten s1 (t)) die Abstände der Teilsignale (insbesondere stets) gleich sind und/oder für unterschiedliche Sendesignale (also mit unterschiedlichen Indizes, z. B. s1 (t) und s2(t)) die Abstände der Teilsignale (insbesondere stets) unterschiedlich sind. Auf diese Weise ist es möglich, Störsignale zuverlässiger zu vermeiden.
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Bevorzugt kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Bereitstellen der Sendesignale zusätzlich ein Bereitstellen wenigstens eines vierten Sendesignals oder weiterer Sendesignale umfasst. Damit können die Variationen unterschiedlicher Teilsignalabstände weiter erhöht werden.
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Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Sendesignale wiederholt und/oder alternierend ausgesendet werden, sodass eine unmittelbare (aufeinanderfolgende) Wiederholung gleicher Sendesignale mit Teilsignalen gleichen Abstands vermieden wird. Damit kann die Diversität zwischen den Radarsignalen erhöhen werden.
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Es kann optional möglich sein, dass die Unterschiede der Abstände der Teilsignale derart definiert sind, dass eine Interferenzstörung durch externe Radarsysteme reduziert wird. Dies kann z. B. durch eine empirische Festlegung der Abstände erreicht werden.
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Ferner ist es denkbar, dass die Abstände der Teilsignale im Bereich von 0,001 ms bis 1 ms liegen. Somit kann ein Bereich gewählt werden, um die Diversität zu erhöhen, ohne die Performance des Radars signifikant zu beeinträchtigen.
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Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Abfolge des Aussendens der Sendesignale vordefiniert ist. Bspw. kann das Bereitstellen derart erfolgen, dass die Abfolge der Sendesignale und ggf. auch eine vorgegebene Sequenz der Teilsignale nicht-flüchtig vorgespeichert ist.
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Ein weiterer Vorteil kann im Rahmen der Erfindung erzielt werden, wenn mindestens vier oder mindestens fünf unterschiedliche Sendesignale mit unterschiedlichen Abständen der Teilsignale ausgesendet werden. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Auftrittswahrscheinlichkeit von Interferenzen mit externen Radarsystemen.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Radarsystem für ein Fahrzeug zur Detektion von wenigstens einem Zielobjekt in einer Umgebung des Fahrzeuges, aufweisend eine (insbesondere elektronische) Verarbeitungsvorrichtung zum Bereitstellen eines ersten, eines zweiten und wenigstens eines dritten Sendesignals und zum Aussenden dieser bereitgestellten Sendesignale über (wenigstens) eine Sendeantenne des Radarsystems. Hierbei ist vorgesehen, dass die Verarbeitungsvorrichtung dazu ausgeführt ist, die Sendesignale (insbesondere alternierend) nacheinander jeweils mit zeitlich beabstandeten Teilsignalen auszusenden, sodass sich die Sendesignale hinsichtlich der Abstände der Teilsignale voneinander unterscheiden. In anderen Worten können sich die Abstände der Teilsignale für unterschiedliche Sendesignale unterscheiden. Damit bringt das erfindungsgemäße Radarsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das Radarsystem geeignet sein, konkret die Verarbeitungsvorrichtung, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Die Verarbeitungsvorrichtung ist bspw. als eine elektronische Schaltungsanordnung, bevorzugt mit wenigstens einem Mikrocontroller und/oder Prozessor, ausgeführt. Es kann entsprechend auch ein Computerprogramm vorgesehen sein, welches Befehle umfasst, welche bei der Ausführung des Computerprogramms durch die Verarbeitungsvorrichtung diese veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Radarsystem ist bspw. als ein Dauerstrichradar, insbesondere als ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem in einer Seitenansicht,
- 2 eine schematische Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine schematische Visualisierung der Aussendung von Sendesignalen bei einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Radarsystem 2 für ein Fahrzeug 1 zur Detektion von wenigstens einem Zielobjekt 5 in einer Umgebung 6 des Fahrzeuges 1. Es ist erkennbar, dass eine Verarbeitungsvorrichtung 3 des Radarsystems 2 zum Bereitstellen 101 eines ersten, eines zweiten und wenigstens eines dritten Sendesignals 210 vorgesehen ist. Darunter ist zu verstehen, dass durch die Verarbeitungsvorrichtung 3 vordefiniert wird, in welcher Weise die Sendesignale 210 ausgegeben werden. Auch kann die Verarbeitungsvorrichtung 3 dazu dienen, ein Aussenden 102 der bereitgestellten Sendesignale 210 über eine Sendeantenne 20 zu ermöglichen. Hierzu kann die Verarbeitungsvorrichtung 3 elektrisch mit der Sendeantenne 20 verbunden sein, um die Sendesignale 210 elektrisch dort auszugeben. Die Verarbeitungsvorrichtung 3 kann ferner dazu ausgeführt sein, die Sendesignale 210 nacheinander jeweils mit zeitlich beabstandeten Teilsignalen 211 auszusenden, sodass sich die Abstände d der Teilsignale 211 für unterschiedliche Sendesignale 210 unterscheiden. Damit ermöglicht die Verarbeitungsvorrichtung 3 die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Zunächst kann das Bereitstellen 101 des ersten, des zweiten und des wenigstens eines dritten Sendesignals 210 erfolgen und anschließend das Aussenden 102 der bereitgestellten Sendesignale 210 über die Sendeantenne 20. Nach dem Aussenden 102 der Sendesignale 210 kann zudem ein Empfangen 103 von Empfangssignalen 220 erfolgen, wobei die Empfangssignale 220 für die an dem Zielobjekt 5 reflektierten und durch eine Laufzeit verzögerten Sendesignale 210 spezifisch sind. Nach dem Empfangen 103 der Empfangssignale 220 kann jeweils eine Verarbeitung 104 der Empfangssignale 220 durchgeführt werden, um die Detektion des Zielobjekts 5 zu ermöglichen. Hierbei kann wenigstens eine Frequenzanalyse 105 des jeweiligen Empfangssignals 220 durchgeführt werden, um eine Entfernung und/oder eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Richtung des Zielobjekts 5 zu ermitteln.
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In 3 ist beispielhaft ein Frequenzverlauf f der ausgesendeten Sendesignale 210 über die Zeit t gezeigt. Konkret wird hierbei beim Aussenden 102 ein erstes Sendesignal s1, ein zweites Sendesignal s2, ein drittes Sendesignal s3 und ein viertes Sendesignal s4 nacheinander ausgesendet. Diese Abfolge kann sich während des Betriebs des Radarsystems 2 wiederholen. Jedes der Sendesignale 210 weist die Teilsignale 211 in der Form von Chirps auf. Es ist erkennbar, dass sich die Sendesignale 210 hinsichtlich der Abstände d der Teilsignale 211 voneinander unterschieden. Die Teilsignale 211 sind beispielhaft jeweils als frequenzmodulierte Rampen, insbesondere als Chirps, ausgeführt. Dabei können, wie in 3 gezeigt ist, für gleiche Sendesignale 210 die Abstände d der Teilsignale 211 stets gleich und für unterschiedliche Sendesignale 210 die Abstände d der Teilsignale 211 stets unterschiedlich sein. Die Sendesignale 210 werden wiederholt und alternierend ausgesendet, sodass eine unmittelbare Wiederholung gleicher Sendesignale 210 mit Teilsignalen 211 gleichen Abstands d vermieden wird. Nach der Aussendung von s4 kann somit wieder die Aussendung von s1 bis s4 folgen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Radarsystem
- 3
- Verarbeitungsvorrichtung
- 5
- Zielobjekt
- 6
- Umgebung
- 20
- Sendeantenne
- 101
- Bereitstellen
- 102
- Aussenden
- 103
- Empfangen
- 104
- Verarbeitung
- 105
- Frequenzanalyse
- 210
- Sendesignale s1, s2, s3, s4
- 211
- Teilsignale
- 220
- Empfangssignale
- d
- Abstände
- f
- Frequenzverlauf
- t
- Zeit